レーザー溶接技術プロセス製造応用 日本

レーザー溶接 技術プロセス製造アプリケーション

レーザー溶接技術の信頼性の高い完全な適用には、レーザー溶接プロセスパラメータ、数値シミュレーションと組み合わせた接合性能など、複数の側面からの検証が必要です。そうして初めて、車両製造に適したプロセスパラメータを形成することができます。

1.1 最適なプロセスパラメータの研究

外表面に溶接跡がなく、抵抗スポット溶接以上の強度を確保する基準を満たしており、 レーザー溶接 プロセステストは、異なる厚さの組み合わせのステンレス鋼板で実施されました。その結果、ステンレスボディのレーザー溶接に最適なパラメータの組み合わせを決定しました。

(1) レーザー出力

レーザー溶接では、レーザーエネルギー密度の閾値が存在します。この値を下回ると、溶ける深さは非常に浅くなります。この値に達するか超えると、溶解の深さが大幅に増加します。プラズマは、ワークピース上のレーザー出力密度がしきい値 (材料に依存します) を超えた場合にのみ形成され、安定した深融着溶接が進行していることを示します。レーザー出力がこのしきい値を下回る場合、ワークピースの表面溶融のみが発生し、安定した熱伝導モードで溶接を行います。しかし、レーザー出力密度が微小穴形成の臨界条件に近い場合、深部溶融溶接と伝導溶接が交互に行われ、溶接プロセスが不安定になり、その結果、溶融深さが大きく変動します。溶け込み溶接では、レーザー出力によって溶け込み深さと溶接速度の両方が同時に制御されます。溶接溶け込み深さはビーム出力密度に直接関係しており、入射ビーム出力とビームの焦点の関数です。一般に、特定の直径のレーザービームの場合、ビーム出力が増加するにつれて溶解深さは増加します。が増加します。

(2) 溶接速度

溶接速度は溶解深さに大きな影響を与えます。速度を上げると溶解深さは浅くなりますが、速度が低すぎると、材料が過剰に溶けてワークの溶接溶け込みが発生する可能性があります。そのため、特定のレーザー出力と特定の厚さの材料に対して、は適切な溶接速度範囲であり、その速度値で最大溶解深さが得られます。

(3) ビーム焦点。

ビームスポットのサイズは、最も重要な変数の 1 つです。レーザー溶接これはパワー密度を決定するためです。ただし、高出力レーザーの場合、多くの間接的な測定技術が存在するにもかかわらず、これを測定することは困難です。ビーム焦点の回折限界スポット サイズは、光の回折理論に従って計算できます。しかし、集束レンズの収差の存在により、実際のスポットは計算値よりも大きくなります。最も簡単な実用的な試験方法は等温等高線法です。これは、厚い紙を焦がし、ポリプロピレン板を貫通した後、等温等高線法を使用します。焦点スポットと穴の直径を測定します。この方法は、レーザーの出力の大きさとレーザー ビームの作用時間を正確に測定するための実際のテストに依存しています。

(4）ピント位置

溶接中、十分な電力密度を維持するには、焦点の位置が重要です。ワークピースの表面に対する焦点の位置の変化は、溶接の幅と深さに直接影響します。レーザー溶接では通常、ある程度の焦点のぼかしが必要です。これは、レーザーが焦点を合わせているビームスポットの中心の出力密度が高すぎるため、容易に蒸発して穴が開いてしまう可能性があるためです。レーザーの焦点から遠ざかる各平面では、電力密度分布は比較的均一です。ボケには、プラスボケとマイナスボケの 50 種類があります。焦点面がワークピースの上にある場合、それは正の焦点ぼけと呼ばれ、その逆の場合は、負の焦点ぼけとして知られています。幾何光学理論によれば、正および負の焦点ぼけ面が溶接面から等しい距離にある場合、 、対応するプレーンの電力密度はほぼ同じです。ただし、得られる溶融池の実際の形状は異なります。負のデフォーカス時には、より大きな溶融深さが得られますが、これは溶融池の形成プロセスに関連しています。実験によると、200〜XNUMXμsのレーザー加熱後に材料が溶け始め、液体金属が形成され、蒸発して室内圧の蒸気が生成され、その蒸気が非常に高速で噴出し、まばゆい白色光を放射します。大量のガスにより液体金属が溶融池の端に向かって推進され、溶融池の中央にくぼみが形成されます。ネガティブにデフォーカスすると、材料内部のパワー密度が表面よりも高くなり、より強力な溶融と蒸発が生じ、光エネルギーが材料のより深くまで伝達されるようになります。したがって、実際のアプリケーションでは、より深い融合深さが必要な場合には、ネガティブデフォーカスが使用されます。薄い材料を溶接する場合は、ポジティブ デフォーカスが適切です。

(5)溶接開始点と終了点のレーザーパワーを緩やかに上昇・下降制御

深溶け込みレーザー溶接では、溶接シームの深さに関係なく、気孔率の問題が常に存在します。溶接プロセスが終了し、電源スイッチがオフになると、溶接シームの終端にくぼみが現れます。また、レーザー溶接層が元の溶接シームを覆うと、レーザー光が過剰に吸収される可能性があります。溶接部の過熱やガス細孔の形成につながります。前述の問題を防ぐために、電力の開始点と停止点のプログラムを確立して、開始時間と停止時間を調整できます。つまり、開始電力は電子的に短時間でゼロから設定電力値まで増加し、溶接時間が調整されます。最後に、溶接が終了すると、電力は設定電力からゼロまで徐々に減少します。

1.2 コネクタの性能試験

関連する規格に従って、ステンレス鋼製車体のレーザー溶接接合部について、引張せん断試験、疲労性能試験、および接合部の微細構造の分析が実施されました。要約すると、強度、外観、および継ぎ目の形状との関係が明らかになりました。ステンレス鋼のレーザー溶接継手の特性とレーザー溶接プロセスのパラメーターが確立されました。これは、生産の指針となります。試験結果は、同じ板厚の組み合わせにおいて、ステンレス鋼板のレーザー溶接継手の疲労性能、せん断引張荷重、および外観品質のすべてが、抵抗スポット溶接継手よりも優れていることを示しています。 。

1.3 数値シミュレーション研究

有限要素計算ソフトウェアを使用して、レーザー溶接継手の溶融池の形状をシミュレーションします。これにより、さまざまなプロセスパラメータの組み合わせの下で継手の微細な形状が得られ、それによって溶接シームの微細な寸法が得られ、溶接シームの強度が判断されます。検証を通じて、数学的モデルは高精度です。生産では、数値計算を通じて技術パラメータを決定できるため、テストの数が減り、人的資源と物的資源の消費が削減されます。

1.4 ジョイントの基本形状

試験における関節の基本形状を表1に示します。

表1 関節の基本形状

数	ジョイントフォーム	コネクタ図	板厚範囲/mm
1	バットジョイント		t ≤4
2	ラップジョイント		t1+ t2 ≤6
3	Tジョイント		t1 ≧ 1

1.5 プロセス評価

関連する規格に従って、プロセスパラメータの理論的探索と、プロセスおよび物理化学の金属組織検査による検証を通じて、プロセスの評価とレポートが作成され、実際の生産を導くための理論的基礎が提供されます。

 レーザー溶接 縫い目の品質検査と分析

品質検査と管理の観点からは、一部のレーザー溶接シームは非貫通レーザー溶接であるため、レーザー溶接の生産プロセス全体の品質を管理することが特に重要です。溶接作業の生産前に、レーザーを検証する必要があります。溶接ワークピースを測定し、レーザー溶接装置の出力や溶接速度などのパラメータの安定性を検証します。溶接の製造プロセスでは、プロセス方法に従って厳密な組み立てを実行する必要があります。溶接シーム表面がぴったりと密着していることを確認することに加えて、溶接プロセス中にリアルタイムで溶接品質を監視する必要があります。直接的または間接的な技術的手段を使用して、溶接の溶融深さが適切かどうかを分析して確認する必要があります。レーザー溶接は品質要件を満たしており、保存された記録は追跡可能です。同時に、警報を発したり、装置独自の適応機能を介して溶接パラメータを調整して補償する機能を備えています。溶接完了後、溶接シームの必要な目視検査に加えて、超音波を使用することも必要です。溶接シームの溶融深さをチェックする非破壊検査技術。最終的に、これにより、非貫通レーザー溶接シームの溶融深さが制御範囲内にあるかどうかが保証され、溶接品質の完全なプロセス制御が保証されます。

まとめ

まとめると、非貫通型 レーザー溶接 このプロセスは、側壁抵抗溶接プロセスにおけるさまざまな溶接変形を解決し、溶接品質を向上させ、従来の抵抗スポット溶接をレーザー溶接に置き換え、溶接継手の強度を高め、車体の外観品質を向上させ、生産効率を向上させることができます。同時に、ステンレス製鉄道車両の生産技術の変革により、同業界における当社の競争力も向上しました。鉄道車両へのレーザー溶接技術の適用は、鉄道客車の全体的な品質を向上させるだけでなく、中国製の鉄道客車の国際競争力も強化します。